Primera 'instantánea' del espectro completo de neutrinos emitidos por el sol

El instrumento Borexino ubicado en las profundidades debajo de las Montañas Appenine de Italia detecta neutrinos cuando interactúan con los electrones de un centelleador de líquidos orgánicos ultra puros en el centro de una gran esfera rodeada por 1,000 toneladas de agua. Crédito: Borexino

El equipo internacional del físico de UMass Amherst informa sobre los nuevos resultados de Borexino, uno de los detectores de neutrinos más sensibles del planeta 

Alrededor del 99 por ciento de la energía del Sol emitida como neutrinos se produce a través de secuencias de reacción nuclear iniciadas por la fusión protón-protón (pp) en la que el hidrógeno se convierte en helio, según científicos como el físico Andrea Pocar de la Universidad de Massachusetts Amherst. Ahora informan sobre los nuevos resultados de Borexino, uno de los detectores de neutrinos más sensibles del planeta, ubicado en las profundidades de las montañas de los Apeninos de Italia. 

"Los neutrinos emitidos por esta cadena representan una herramienta única para la física solar y de neutrinos", explican. Su nuevo artículo en Nature informa sobre "el primer estudio completo de todos los componentes de la cadena de pp realizado por Borexino". Estos componentes incluyen no solo los neutrinos pp, sino otros llamados neutrinos berilio-7 (7Be), pep y boro-8 (8B). La reacción de fusión pp de dos protones para producir deuterón, núcleos de deuterio, es el primer paso de una secuencia de reacción responsable de aproximadamente el 99 por ciento de la producción de energía del Sol, dice Pocar. 

Agrega: "Lo que es nuevo hoy es incremental, no es un salto, pero es la culminación de más de 10 años de recopilación de datos con el experimento para mostrar todo el espectro de energía del Sol a la vez. Nuestros resultados reducen la incertidumbre, lo que Tal vez no sea llamativo, pero es un tipo de avance que a menudo no se reconoce lo suficiente en la ciencia. El valor es que las mediciones son más precisas porque con más datos y gracias al trabajo de jóvenes físicos dedicados, tenemos una mejor comprensión del aparato experimental. " 

"Borexino ofrece la mejor medida que se haya hecho para los neutrinos pp, 7Be y pep", agrega. "Otros experimentos miden los neutrinos 8B con mayor precisión, pero nuestra medida, con un umbral inferior, es consistente con ellos". 

Además, "una vez que tenga datos más precisos, puede retroalimentarlos en el modelo de cómo se está comportando el Sol, luego se puede refinar aún más. Todo ello lleva a comprender mejor el Sol. Los neutrinos nos han dicho cómo el Sol se está quemando y, a su vez, el Sol nos ha proporcionado una fuente única para estudiar cómo se comportan los neutrinos. Borexino, programado para funcionar durante otros dos o tres años, ha fortalecido nuestra comprensión del Sol muy profundamente ". 

Para estudios anteriores de neutrinos de pp, 7B, pep y 8B, el equipo se había centrado en cada uno por separado en análisis específicos de los datos recopilados en ventanas restringidas de energía, "como tratar de caracterizar un bosque tomando una fotografía de cada uno de muchos tipos individuales De árboles, "notas de pocar. "Múltiples imágenes te dan una idea de un bosque, pero no es lo mismo que la foto de todo el bosque". 

"Lo que hemos hecho ahora es tomar una sola foto que refleje todo el bosque, todo el espectro de todos los diferentes neutrinos en uno. En lugar de hacer zoom para ver pequeñas piezas, lo vemos todo de una vez. Entendemos nuestro detector de manera Bueno, ahora estamos cómodos y confiados de que nuestro disparo es válido para todo el espectro de las energías de los neutrinos ". 

Los neutrinos solares salen de la estrella en el centro de nuestro sistema a casi la velocidad de la luz, hasta 420 mil millones que golpean cada centímetro cuadrado de la superficie terrestre por segundo. Pero como solo interactúan a través de la fuerza débil nuclear, atraviesan la materia prácticamente sin afectarla, lo que hace que sean muy difíciles de detectar y distinguir de rastros de desintegraciones nucleares de materiales ordinarios, dice Pocar. 

El instrumento Borexino detecta los neutrinos cuando interactúan con los electrones de un centelleador líquido orgánico ultra puro en el centro de una gran esfera rodeada por 1,000 toneladas de agua. Su gran profundidad y muchas capas protectoras tipo cebolla mantienen el núcleo como el medio más libre de radiación del planeta. Es el único detector en la Tierra capaz de observar todo el espectro de neutrinos solares simultáneamente, lo que ahora se ha logrado, señala. 

El físico de UMass Amherst, un investigador principal de un equipo de más de 100 científicos, está particularmente interesado en centrar su atención en medir otro tipo de neutrino solar conocido como neutrinos CNO, que espera sea útil para abordar una importante pregunta abierta en la física estelar, que es la metalicidad, o contenido de metal, del sol. 

"Hay dos modelos que predicen diferentes niveles de elementos más pesados ​​que el helio, que para los astrónomos es un metal, en el Sol; una metalización más ligera y un modelo más pesado", señala. Los neutrinos CNO se emiten en una secuencia de reacción de fusión cíclica diferente de la cadena pp y subdominante en el Sol, pero se cree que es la principal fuente de poder para las estrellas más pesadas. El flujo de neutrinos solares de la CNO se ve muy afectado por la metalicidad solar. 

Pocar dice: "Es posible que nuestros datos muestren una ligera preferencia por la metalicidad pesada, por lo que estaremos investigando eso porque los neutrinos del Sol, especialmente el CNO, pueden ayudarnos a desenredar esto". 

Borexino es una colaboración internacional financiada por la National Science Foundation en los Estados Unidos, el Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear que administra los laboratorios de Gran Sasso y agencias de financiamiento en Alemania, Rusia y Polonia. 

Fuente: Universidad de Massachusetts en Amherst,